2019-2020年高中物理 13.2 光的干涉教案 新人教版3-4.doc

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2019-2020年高中物理 13.2 光的干涉教案 新人教版3-4 【教學目標】 （一）知識與技能 1．通過實驗觀察認識光的干涉現(xiàn)象，知道從光的干涉現(xiàn)象說明光是一種波。 2．掌握光的雙縫干涉現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的，何處出現(xiàn)亮條紋，何處出現(xiàn)暗條紋。 （二）過程與方法 1．通過楊氏雙縫干涉實驗，體會把一個點光源發(fā)出的一束光分成兩束，得到相干光源的設(shè)計思想。 2．通過根據(jù)波動理論分析單色光雙縫干涉，培養(yǎng)學生比較推理，探究知識的能力。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 通過對光的本性的初步認識，建立辯證唯物主義的世界觀。 【教學重點】雙縫干涉圖象的形成實驗及分析。 【教學難點】亮紋（或暗紋）位置的確定。 【教學方法】復習提問，實驗探究，計算機輔助教學 【教學用具】JGQ型氦氖激光器一臺，雙縫干涉儀，多媒體電腦及投影裝置，多媒體課件（相關(guān)靜態(tài)圖片及Flash動畫） 【教學過程】 （一）引入新課 復習機械波的干涉 ［復習提問，誘導猜想］ ［多媒體投影靜態(tài)圖片］ 師：大家對這幅圖還有印象嗎？ 生：有，波的干涉示意圖。 師：［投影問題］請大家回憶思考下面的問題： 圖中，S1、S2是兩個振動情況總是相同的波源，實線表示波峰，虛線表示波谷，a、b、c、d、e中哪些點振動加強？哪些點振動減弱？ 學生回答結(jié)果不出所料，大部分同學能答出a、c兩點振動加強，d、e兩點振動減弱，而對于b點則出現(xiàn)了爭議。一種認為b點是振動加強點，另一種則認為b點是由加強到減弱的過渡狀態(tài)。 師：b點振動加強和減弱由什么來決定呢？只有弄清這一點才能解決兩派同學的爭端。 （有學生低語，“路程差”） 師：好！剛才這位同學說到了關(guān)鍵，那么就請你來分析一下b點與S1、S2兩點的路程差。 生：由圖可以看出OO′是S1、S2連線的中垂線，所以b到S1、S2的路程差為零。 師：那么b點應為振動——（學生一起回答）：加強點。 （教師總結(jié)機械波干涉的規(guī)律，突出強調(diào)兩列波的振動情況總是完全相同。） 師：光的波動理論認為，光具有波動性。那么如果兩列振動情況總是相同的光疊加，也應該出現(xiàn)振動加強和振動減弱的區(qū)域，并且出現(xiàn)振動加強和振動減弱的區(qū)域互相間隔的現(xiàn)象。那么這種干涉是一個什么圖樣呢？大家猜猜。 生：應是明暗相間的圖樣。 師：猜想合理。那么有同學看到過這一現(xiàn)象嗎？ （學生一片沉默，表示沒有人看到過） 師：看來大家沒有見過。是什么原因呢？ ［生1］可能是日常生活中找不到兩個振動情況總相同的光源。 ［生2］可能是我們看見了但不知道是光的干涉現(xiàn)象。 師：兩位同學分析得非常好，也許是沒有干涉的條件，也許是相逢未必曾相識。大家看他們倆誰分析得對呢？ 生：我覺得生1說的不成立，這樣的光源很多，像我們教室里的日光燈，我覺得它們完全相同。 師：好。我們可以現(xiàn)場來試試。 （先打開一盞日光燈，再打開另一盞對稱位置的日光燈） 師：請大家認真找一找，墻上、地上、天花板上，有沒有出現(xiàn)明暗相間的干涉現(xiàn)象？ （大家積極尋找，沒有發(fā)現(xiàn)，思維活躍，議論紛紛） 師：看來兩個看似相同的日光燈或白熾燈光源并不是“振動情況總相同的光源”。 ［投影圖］ 師：1801年，英國物理學家托馬斯楊想出了一個巧妙的辦法，把一個點光源分成兩束，從而找到了“兩個振動情況總是相同的光源”，成功地觀察到了干涉條紋，為光的波動說提供了有力的證據(jù)，推動了人們對光的本性的認識。下面我們就來重做這一著名的雙縫干涉實驗。 （二）進行新課 1．楊氏干涉實驗 ［動手實驗，觀察描述］ 介紹楊氏實驗裝置（如圖） 師：用氦氖激光器演示雙縫干涉實驗。 用激光器發(fā)出的紅色光（平行光）垂直照射雙縫，將干涉圖樣投影到教室的墻上，引導學生注意觀察現(xiàn)象。 現(xiàn)象：可以看到，墻壁上出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋。 師：（介紹）狹縫S1和S2相距很近，雙縫的作用是將同一束光波分成兩束“振動情況總是相同的光束”。這樣就得到了頻率相同的兩列光波，它們在屏上疊加，就會出現(xiàn)明暗相間的條紋”。 結(jié)論：楊氏實驗證明，光的確是一種波。 2．亮（暗）條紋的位置 ［比較推理，探究分析］ 師：通過實驗，我們現(xiàn)在知道，光具有波動性。現(xiàn)在我們是不是可以根據(jù)機械波的干涉理論來認真探究一下實驗中的明暗條紋是如何形成的呢？ ［投影圖］ 圖中，P0點距S1、S2距離相等，路程差Δ=S1 P0-S2 P0=0應出現(xiàn)亮紋，（中央明紋） ［演示動畫］圖20—3中S1、S2發(fā)出的正弦波形在P點相遇疊加，P點振動加強（如圖） 鑒于上述動畫的表述角度和效果，教師在此基礎(chǔ)上再播放動畫，如下圖所示振動情況示意圖，使學生進一步明確.不管波處于哪種初態(tài)，P0點的振動總是波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇，振幅A總為A1、A2之和，即P點總是振動加強點，應出現(xiàn)亮紋。 師：那么其他點情況如何呢？ ［投影圖］ P1點應出現(xiàn)什么樣的條紋？ 生：亮紋。 師：為什么？ 生：因為路程差為λ，是半波長的2倍。 師：我們可以從圖上動畫看一下，［演示下圖］ 在這里大家看到，屏上P1點的上方還可以找到Δ2=|S1P2-S2P2|=2λ的P2點，Δ3=|S1P3-S2P3|=3λ的P3點，Δn=|S1Pn-S2Pn|=nλ的Pn點，它們對應產(chǎn)生第2、3、4…條明條紋，還有明條紋的地方嗎？ 生：在P點下方，與P1、P2等關(guān)于P0對稱的點也應是明條紋。 師：好。我們可以總結(jié)為：Δ=2n，n=0、1、2…時，出現(xiàn)明紋。 ［投影下圖］那么S1、S2發(fā)出的光在Q1點疊加又該如何呢？ ［演示動畫］我們先來看一下，動畫顯示，在Q1點振動減弱。 師：在Q1點是波峰與波峰相遇還是波峰與波谷相遇？兩振動步調(diào)如何？ 生：是波峰與波谷相遇，振動步調(diào)剛好相反。 （教師啟發(fā)學生進一步分析這點合振幅情況，以及Q1點與P0、P1的相對位置。） 師：哪位同學能總結(jié)一下Q1點的特征？ 生：Q1點位置在P0、P1間，它與兩波源路程差|S1Q1-S2Q1|=。該點出現(xiàn)暗紋。 師：非常好！大家看像Q1這樣的點還有嗎？ 生：有。 （全體學生此時已能一起總結(jié)出Q2、Q3…等的位置） ［教師總結(jié)］Δ=|S1Q2-S2Q2|=λ，λ…處，在P1P2、P2P3、…等明紋之間有第2條暗紋Q2、第3條暗紋Q3… 師：哪位同學能用上面的方法寫個通式，歸納一下？ 生：當Δ=（2n+1） ，n=0、1、2…時，出現(xiàn)暗紋。 ［投影下圖］ 師：綜合前面分析，我們可以畫出上面圖示的雙縫干涉結(jié)果。 同時介紹一下相干光源，強調(diào)干涉條件。引導學生閱讀教材57頁上方的內(nèi)容，進一步體會，楊氏實驗中的雙縫的作用就是得到一對相干光源。 （三）課堂總結(jié)、點評 今天我們學習了光的干涉，知道光的確是一種波。我們還確定了雙縫干涉實驗中，明暗條紋出現(xiàn)的位置：當屏上某點到兩個狹縫的路程差Δ=2n，n=0、1、2…時，出現(xiàn)明紋；當Δ=（2n+1） ，n=0、1、2…時，出現(xiàn)暗紋。 兩列波要產(chǎn)生干涉，它們的頻率必須相同，且相位差恒定。能夠產(chǎn)生干涉的光源叫做相干光源。楊氏實驗中，雙縫的作用就是得到一對相干光源。 （四）課余作業(yè) 完成P57“問題與練習”的題目。 附：課后訓練 1．用波長為0.4μm的光做雙縫干涉實驗，A點到狹縫S1、S2的路程差為1.810-6 m，則A點是出現(xiàn)明條紋還是暗條紋？ 答案：暗條紋 2．關(guān)于楊氏實驗，下列論述中正確的是 （ ） A．實驗證明，光的確是一種波。 B．雙縫的作用是獲得兩個振動情況總是相同的相干光源 C．在光屏上距離兩個小孔的路程差等于半波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋 D．在光屏上距離兩個小孔的路程差等于波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋 答案：AB 3．對于光波和聲波，正確的說法是 A．它們都能在真空中傳播 B．它們都能產(chǎn)生反射和折射 C．它們都能產(chǎn)生干涉 D．聲波能產(chǎn)生干涉而光波不能 答案：BC 4．兩個獨立的點光源S1和S2都發(fā)出同頻率的紅色光，照亮一個原是白色的光屏，則光屏上呈現(xiàn)的情況是 （ ） A．明暗相間的干涉條紋 B．一片紅光 C．仍是呈白色的 D．黑色 解析：兩個點光源發(fā)出的光雖然同頻率，但“振動情況”并不總是完全相同，故不能產(chǎn)生干涉，屏上沒有干涉條紋，只有紅光。 答案：B 5．在真空中，黃光波長為610-7 m，紫光波長為410-7 m?，F(xiàn)有一束頻率為51014 Hz的單色光，它在n=1.5的玻璃中的波長是多少？它在玻璃中是什么顏色？ 解析：先根據(jù)0=c/f0計算出單色光在真空中的波長0，再根據(jù)光進入另一介質(zhì)時頻率不變，由n==，求出光在玻璃中的波長. 0=c/f0= m=610-7 m，可見該單色光是黃光。 又由n=0/得=0/n= m=4107 m。由于光的顏色是由光的頻率決定的，而在玻璃中光的頻率未變化，故光的顏色依然是黃光。 答案：410－7 m 黃色